新能源汽車電子控制的關鍵性技術研究

摘 要：隨著“雙碳”發展理念的推行和人們環保意識的提升，新能源汽車得益于其節能環保、智能化程度高等優點受到了消費者的青睞。而電子控制技術作為新能源汽車的核心技術之一，是確保新能源汽車行車安全，提升用戶體驗的關鍵，因此，針對新能源汽車電子控制關鍵性技術開展研究，對于提升新能源汽車的普及率和安全性具有重要意義。基于此，文章首先針對新能源汽車電子控制關鍵技術類型進行了分析，然后對新能源汽車電子控制關鍵技術的發展趨勢進行了探討。

關鍵詞：新能源汽車 電子控制技術 關鍵性技術

新能源汽車的電子控制系統主要負責對車輛行駛過程中車輛信息數據進行反饋，便于車主實時監測車輛狀態，針對信息反饋數據來對行車進行調整。近年來，隨著人們對于新能源安全性能和功能性能要求的提升，新能源汽車中采用的電子控制技術也越來越多，雖然這在很大程度上提升了新能源汽車的智能化水平，但同時對于電子控制系統的性能提出了更大挑戰，不僅要確保電池管理系統、電機控制系統、能量管理系統、剎車控制系統等各個系統之間數據傳輸的順暢，還需要保證各個系統運行的穩定性。由此可以看出，針對新能源汽車電子控制關鍵性技術進行深入研究，對于提升新能源汽車的可靠性和安全性具有重要意義。

1 新能源汽車電子控制系統發展現狀

新能源汽車指的是采用非傳統化石燃料為動力的汽車類型，主要包括電動汽車和氫能源汽車等。相較于傳統燃油汽車，新能源汽車所使用的能源為可再生能源，且不會對生態環境造成明顯污染，因此在當今我國大力推行“雙碳”發展視域下，新能源汽車得到了快速發展。除生態環保之外，相較于傳統燃油汽車，新能源汽車的另一個顯著優勢在于其智能化程度較高，可以為用戶帶來更好的駕駛以及乘坐體驗，有效提升了新能源汽車的競爭力[1]。但站在電子控制系統的角度來看，新能源汽車的這種高度智能化和自動化是以復雜的控制系統和電子控制單元為基礎構建起來的，這就造成了新能源汽車的技術較為復雜，采用的電子元件和軟件系統較多，要想確保這些電子控制系統長時間穩定運行，通過各個子系統之間的協同交互來支撐起新能源汽車的智能化技術，存在著較大難度。從現實情況來看，大部分新能源汽車的電子控制系統還有較大的提升空間，這也是各個新能源車企亟待解決的技術難點。

2 新能源汽車電子控制的關鍵性技術分析

2.1 整車控制系統

新能源汽車的整車控制系統主要為汽車提供碰撞安全控制、能量回收控制等功能，并能實現對新能源汽車各個電子控制系統運行狀態的監測，對新能源汽車的行駛狀況進行評估，通過對各個電子控制系統發送控制指令來確保新能源汽車行駛的安全性和穩定性，是新能源汽車的核心控制系統。整車控制系統的關鍵性技術為：接收來自各個傳感器的數據信息，在對數據信息進行處理之后發出工作指令，完成對執行器的控制，由此可以看出，整車控制系統的穩定性和可靠性直接影響著新能源汽車的行駛狀態[2]。在新能源汽車行駛過程中，整車控制系統會對汽車的電池狀態、車速、剎車系統以及能量回收系統等進行控制，利用電控單元向各個功能系統發送控制指令，確保新能源汽車可以運行在最佳狀態下。除此之外，整車控制系統還具備遠程監控功能，一旦車輛出現突發性故障，就會啟動遠程控制系統，將車輛引導至維修站點。在新能源汽車快速發展過程中，隨著智能化技術的廣泛應用，整車控制系統的功能在不斷完善，不僅能夠實現對動力的合理分配，提升新能源汽車的續航能力，還可以為電池模塊提供散熱等保護功能，降低新能源汽車出現故障的概率。

2.2 電池管理系統

電池管理系統主要負責對電池模塊的充放電過程進行管理，以確保電池的安全、高效運行。其主要工作原理為：電池管理系統通過對電池的電壓、電流、溫度等參數的實時采集，來優化電池的充放電，以提升電池的能量利用率，延長電池使用壽命[3]。具體來看，電池管理系統可以通過傳感器采集電池模塊的主要參數，利用數學模型對電池性能進行評估，然后結合新能源汽車的行駛工況來優化當前的充放電控制策略，以確保電池組在充放電過程中能夠達到最佳性能。電池管理系統還可以實現對電池模塊的實時監測，對出現的電池故障進行快速診斷，并及時向駕駛員發出警報，同時給出相應的解決措施。除此之外，將電池管理系統和車輛能源管理系統進行優化整合，還能實現對新能源汽車能源利用的優化分配，結合車輛的行駛工況和駕駛員的駕駛需求來動態調整電池的充放電策略，提升整車的能源利用效率和續航里程。

2.3 電機控制系統

作為新能源汽車的動力系統的核心，電機控制系統主要負責對車載電機進行控制，確保車輛行駛的平穩和高效。其主要工作原理為：電機控制系統結合車輛的行駛狀態來對電機的轉速、扭矩、電流等參數控制，從而提供最佳動力輸出，并確保電池具有較低的能耗[4]。其中電機控制系統所采用的算法性能將會直接影響控制系統的工作效率，當前階段常用的控制系統算法有BP神經網絡算法、模糊控制算法以及矢量控制算法等，神經網絡控制算法可以提升控制系統的精準度，模糊控制算法可以提升車輛控制的舒適性，而矢量控制系統則可以提升電機的動態響應能力。除此之外，新能源車輛電機和電池模塊之間的匹配度也是電機控制系統中的關鍵控制對象，電機控制系統需要針對電池模塊的電壓、電流、工作溫度等參數進行監測，并評估其對于電機運行性能的影響，據此評估結果來采取相應的控制策略實現電機和電池模塊之間的協調工作。例如，當電機控制系統檢測到電池模塊電量較低時，就會適當降低電機的輸出功率，避免出現電池用電過度問題；當電機控制系統檢測到電池模塊電量較為充足時，就會適當提高電機的輸出功率，滿足駕駛員的駕駛需求。

2.4 能量管理系統

能量管理系統主要負責對新能源汽車能源進行管理和優化，通過對電池模塊運行狀態、駕駛員駕駛需求等數據信息進行分析處理來實現對車輛功率分配、充放電控制以及能量回收等進行優化，以達到提升新能源汽車能源利用效率和延長車輛續航里程的目的。具體來看，功率分配是能量管理系統的核心功能之一，其可以根據車輛的行駛工況和駕駛需求來動態調整車輛各個系統的功率分配比例，做到在滿足駕駛員駕駛需求的同時提升能源的利用效率。例如，在車輛處于高速行駛狀態時，能量管理系統就會及時增加電機的輸出功率，為車輛提供充足動力；而在車輛處于低速行駛時，則會適當降低電機的輸出功率，達到延長電池續航的目的。優化充放電控制策略也是能量管理系統的主要工作之一，此時能量管理系統就會根據電池模塊的荷電狀態、健康狀況以及充電樁條件等因素進行分析，然后給出最為合理的充電控制策略。例如，如果充電時，電池電量較低則優先使用快速充電方式，做到在最短時間內補充電池電量；而如果是在夜間且電池剩余電量較高的情況下則優先使用慢充，以便延長電池使用壽命。除此之外，能量回收策略也是能量管理系統的主要控制對象，針對能量進行回收時，能源管理系統可以結合車輛的運行工況和駕駛員要求來制定出合理回收策略，做到在駕駛員緊急制動時最大限度回收制動能量，而在駕駛員輕踩剎車時則會減少對能量的回收，以免因能量回收對車輛行駛穩定性產生影響。

2.5 車載信息系統

新能源汽車的車載信息系統主要負責為駕駛員提供車輛狀態信息、導航信息、娛樂信息等，其主要利用和車輛各個部件的交互實現對車輛狀態的監測，并同時為駕駛員提供導航和娛樂服務[5]。具體來看，為了實現和車輛各個部件之間的數據交互，車載信息系統需要使用合適的通信協議，常用的主要為CAN總線、LIN總線等。在完成數據傳輸和交互之后，車載信息系統還需要將這些數據信息以直觀的方式清晰呈現給駕駛員，提升駕駛員的使用體驗，避免影響行車安全。例如，采用高分辨率的液晶屏幕來顯示車輛的導航信息，采用語音控制功能實現娛樂信息的切換等。

3 新能源汽車電子控制技術的發展趨勢

3.1 高精度、高可靠性

隨著新能源汽車技術邁向成熟階段，電子控制系統正經歷從“達標型”到“精益型”的蛻變。行業數據顯示，2023年我國新能源汽車域控系統精度標準已提升至0.01秒級，較三年前提高了5倍。最新研發的6軸毫米波慣導系統，可實現動力參數0.1%級的精準調控，這相當于傳統燃油車ECU精度水平的20倍[6]。例如，蔚來ET7所搭載的雙冗余制動控制系統，就可以實現在主系統出現5毫秒級信號延遲時，備份系統可在3.5毫秒內接管。其所配備的碳化硅功率模塊第三代電機控制器，可以將溫控誤差范圍縮減至±0.8℃，有效提升了能效利用率。

3.2 多模態、多功能

在先進科學技術的加持下，新能源汽車的電子控制系統正在逐漸發展成為“超級駕駛中樞”，可以具備更多的模態和功能以滿足不同駕駛場景和需求。例如，長城最新800V平臺車型中，空調PTC加熱器可分解為16段功率調節，與智能座艙聯動實現“區域化溫控”，而比亞迪CTB電池所搭載的“能量路由器”，能夠在充電/放電/靜止三種狀態間實現毫秒級切換，支持V2L/V2G/V2V等12種能源交互場景。這種多模態、多功能的電子控制系統不僅滿足了車輛在不同工況下的使用需求，同時也極大提升了駕駛員的駕駛體驗，提高了新能源車輛的綜合競爭力。

3.3 網絡化、智能化

新能源汽車的電子控制系統正在逐漸朝著車云協同的汽車神經控制中樞網絡發展。具體來看，在網絡化發展方面，特斯拉OTA數據披露，其域控系統每月產生2.6TB結構化數據，借助邊緣計算架構，可以將汽車故障診斷決策時延縮短至147毫秒。我國上汽集團研發的“銀河全棧3.0”系統，采用了“數據繭房”架構，實現了1200個ECU節點的秒級同步，同時滿足了ISO21434網絡安全標準。在智能化發展方面，新能源汽車的電子控制早已遠超傳統命令執行層面，小鵬XNGP系統的中央網關能在260毫秒內完成環境感知數據融合、駕駛決策生成、三電參數調校的閉環，相較傳統控制流程提速4.8倍。

3.4 安全冗余化

如今，車輛被動安全技術日益精細化，主動安全技術也進入了飛躍式發展階段，被動安全和主動安全技術的相互融合將構成全方位的車輛乘員和弱勢交通參與者安全防護體系，這也促使了消費者和監管機構對汽車的安全性能有了更多的關注和更高的要求。而安全冗余理念的出現正在推動汽車防護體系向更加精細與全面的“三維縱深”方向進化[7]。例如，寧德時代開發的電池管理系統BMS4.0具備\"細胞級\"冗余架構，具備電芯電壓差異超過7mV時即啟動主動均衡的功能，有效預防因電壓不均導致的潛在安全隱患，從而極大地提升了電池組的安全性與穩定性。華為DriveONE電驅動平臺構建起了獨特的“蜂巢式防火墻”，其中包含25項核心參數的“黃金映像”備份系統，能在300μs內完成主控單元切換，確保在極端情況下也能維持車輛的正常運行，為駕駛安全筑起又一道堅實的防線。此外，整個汽車行業正在加速構建電子控制系統的持續進化能力，以適應日益復雜多變的用車場景與安全需求，其中廣汽埃安最新發布的ICVEEA3.0架構便是一個例證。通過不斷對電子控制系統進行優化創新，能夠為新能源汽車的智能化、安全化水平帶來了質飛躍。

4 結語

綜上所述，作為未來汽車行業的主要發展方向，新能源汽車在我國得到了快速發展，滿足了人們對于汽車的多元化使用場景需求。隨著人們對于新能源汽車安全和功能要求的不斷提高，電子控制系統也應同步進行升級，從而為用戶帶來更佳的使用體驗。未來，隨著技術的突破，新能源汽車電子控制關鍵技術必將得到創新發展，進一步提升新能源汽車的安全性和穩定性，推動我國新能源汽車產業的進步。

參考文獻：

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